高温可以诱导植物的核糖核酸反应

宾夕法尼亚州立大学的研究人员说，更高的温度可能会引发植物核糖核酸或核糖核酸(细胞遗传信息系统的一部分)的反应，以帮助管理环境的这种变化。

在一项关于水稻植株的研究中，研究人员发现，热量的突然增加导致植物RNA结构的改变，这与信使RNA(或mRNA)的减少有关。mRNA分子是一种特定类型的RNA，在蛋白质的制造过程中将DNA指令传递给细胞中的核糖体。Wall的生物学教授Sarah M. Assmann说，由于植物不能像人类一样调节自身的温度或移出热源，这一过程可能是植物应对高温和干旱的方式之一。阿贝尔科学研究所。

研究人员今天(11月5日)在《美国国家科学院院刊》上发表了他们的研究成果。尽管这项研究可能是帮助农民生产更多耐热抗旱作物的重要第一步，但它可能是必要的。科学。assmann说：“大米是世界上一半人口的主食，它对世界上一些地区的自给农业特别重要，因此是一种重要的粮食作物。“随着气候变化——我们需要增加粮食产量，以满足世界日益增长的人口需求——我们一直在努力了解植物如何应对气候压力，因此未来我们可能会改良通过育种或其他机制获得的作物品种，以获得更好的抗逆性和更高的产量。”

化学、生物化学和分子生物学杰出教授菲利普贝维拉夸(Philip Bevilacqua)说，研究人员检查了14000多种不同的核糖核酸，以寻找分子复杂折叠结构中可能预示急性热应激的变化。与DNA分子交织的双链或双螺旋不同，RNA是单链的。“因为DNA有两条链，它确实锁定了非常少的不同折叠，但是RNA，因为它不与另一条链结合，可以自我折叠，所以RNA中有更复杂的折叠，”Bevilacqua的。

为了产生热应激，研究人员将一组两周大的水稻幼苗暴露在高于正常温度-108华氏度-下仅十分钟，并将这些植物与生长在72华氏度的对照组进行比较。Bevilacqua说：“我们之所以选择这么短的时间，是因为RNA重折叠是一个快速的过程，而下游的过程，比如蛋白质中产生的过程，则比较慢，我们对RNA重折叠的方式特别感兴趣。

研究人员发现，在热胁迫下，植物核糖核酸的折叠比对照组更松散。然后，mRNA的扩增与mRNA丰度的损失有关，表明mRNA的去折叠促进其降解，这是细胞用来调节哪些基因表达以及何时表达的一种方法。assmann说：“我们发现的一个主要情况是，倾向于在其末端散开的RNA与这些RNA丰度的减少之间存在相关性，并且由于RNA编码蛋白质，因此可以粗略地推断这将导致编码蛋白质的减少，包括酶和蛋白质的所有无数功能。

根据Bevilacqua的说法，这个过程为下一步研究更耐热和抗旱的作物提供了线索。“因此，如果结构的丢失导致丰度的丢失，如果丰度的丢失不是最优的，那么你可以想象我们可以改变RNA末端的序列，使它们更加稳定，从而稳定那些蛋白质的生产。”该论文的第一作者赵苏说，这项研究还发现了基因调控的新见解。“这项令人兴奋的研究揭示了一个以前被忽视的新的基因调控层，”苏说。“特别是，我们发现编码一种特定类型的调节蛋白——转录因子的mRNA会降解，尤其是在高温下解折叠。”

根据Bevilacqua和Assmann的研究，这种RNA分析是最早在没有实验室跨学科团队合作的情况下，分析植物自身或体内RNA过程的研究之一。根据Assmann的说法，Bevilacqua和Assmann的实验室已经合作了大约十年。“我真正认为这项研究特别有趣的是，它结合了我们实验室所有不同的技能和才能，”assmann说。“这就是科学令人兴奋的原因。”Assmann、Bevilacqua和Su与生物信息学和基因组学的研究生合作；化学专业研究生劳拉里奇；计算生物学博士后大卫塔克；和植物生物学博士后孟。国家科学基金会的植物基因组研究计划支持这项工作。

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